设计信号双车道研究扩展了更灵活信号设备的可能性

在经典通信和量子处理的许多实际情况中，路由信号并将其与噪声和背向反射隔离是至关重要的。在一项理论与实验合作中，由维也纳大学的AndreasNunnenkamp和阿姆斯特丹AMOLF的EwoldVerhagen领导的团队实现了成对“单向街道”中信号的单向传输。这项发表在《自然物理学》上的研究为更灵活的信号设备开辟了新的可能性。

在许多实际情况中，允许路由信号(例如由光波或声波承载)的设备是必不可少的。例如，在量子信息处理中，量子计算机的状态必须被放大才能读出，而放大过程中的噪声不会破坏它们。这就是为什么允许信号在单向通道中传输的设备(例如隔离器或循环器)备受追捧的原因。

然而，目前此类设备有损耗、体积庞大，并且需要打破时间反转对称性的大磁场才能实现单向行为。这些限制促使人们大力寻找占用空间更小且不依赖磁场的替代品。

发表在《自然物理学》上的新研究引入了一类新的系统，其特征是作者称之为“正交非互易”的现象。正交非互易性利用了两个不同物理过程之间的干扰。这允许信号的单向传输而没有时间反转中断，并且导致对信号的相位(即正交)的独特依赖性。

该研究的理论主要作者ClaraWanjura博士表示：“在这些设备中，传输不仅取决于信号的方向，还取决于信号正交。”“这实现了信号的‘双车道’：一个正交信号沿一个方向传输，另一个正交信号沿相反方向传输。然后，时间反转对称性强制正交信号始终在两个单独的车道中沿相反方向成对传播。”

AMOLF的实验团队在纳米机械系统中通过实验证明了这种现象，其中小硅弦的机械振动之间的相互作用是由激光精心安排的。激光对琴弦施加力，从而调节不同振动“音调”之间的相互作用。

该研究的实验主要作者JesseSlim博士说：“我们开发了一个多功能实验工具箱，使我们能够控制实现正交非互易性所需的两种不同类型的相互作用。这样我们就可以揭示由此产生的单向传输实验中的信号。”

这项工作为信号路由和量子限制放大开辟了新的可能性，在量子信息处理和传感方面具有潜在的应用。

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